Amélioration de l'efficacité thermique d'un capteur solaire à air avec système de stockage d'énergie thermique

Abstract

Ce travail présente une contribution, par le moyen de simulation numérique, à l’amélioration des performances thermiques dans les capteurs solaires à air ainsi que l'augmentation de leur durée de fonctionnement journalière. La présente étude a porté sur la simulation du capteur sans et avec intégration d'un matériau à changement de phase sous deux formes différentes (couche plate / couche cylindrique ondulée), dans l'objectif de stocker partiellement l'énergie thermique par chaleur latente. Plusieurs calculs ont été menés, moyennant la méthode des volumes finis par un modèle instationnaire bidimensionnel mis en application sur le logiciel CFD Fluent. A cet effet différents paramètres géométriques et conceptuels ont été étudiés et comparés pour le cas d'un capteur avec ou sans MCP . Les résultats obtenus dans cette étude, ont montré de faibles effets induits par la variation des paramètres géométriques (couche plate / cylindrique ondulée). Par ailleurs les résultats obtenus, en cas d’intégration de MCP, dans la forme cylindrique ondulée augmente la durée de fonctionnement du capteur 5 heures après le coucher de soleil et améliore la température de sortie. L’application d’une combinaison successive de trois différents MCP pour le cas (cylindrique ondulé) a donné un fusionne plein.

This work presents a contribution, by means of numerical simulation, to the improvement of thermal performance in solar air collectors as well as to the increase of their daily operating time. The present study focused on the simulation of the sensor without and with integration of a phase change material in two different forms (flat layer / corrugated cylindrical layer), with the objective of partially storing thermal energy by latent heat. Several calculations were carried out, using the finite volume method by a two-dimensional unsteady model implemented on the CFD Fluent software. To this end, various geometric and conceptual parameters were studied and compared for the case of a sensor with or without MCP. The results obtained in this study showed weak effects induced by the variation of the geometric parameters (flat / corrugated cylindrical layer). In addition, the results obtained, in case of integration of MCP, in the corrugated cylindrical shape increases the operating time of the sensor 5 hours after sunset and improves the outlet temperature. Applying a successive combination of three different MCPs to the case (corrugated cylindrical) resulted in a full merge.